• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.212-216
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• 2011

현재 하천 건천화에 따른 수생태계 교란 및 수질악화 등의 근본적인 문제가 발생하고 있으며, 최근 정부의 저탄소 녹색성장기조에 따라 조성되고 있는 신도시, 소규모 및 대규모 택지개발사업의 경우는 환경 친화적인 단지조성 요구에 부응하기 위해 기존 도심하천의 복원 및 인공하천의 녹색성장을 고려한 친환경적 생태하천으로 조성하고자 하는 다양한 노력이 시도되고 있으나 안정적인 생태복원의 수원확보 방안을 마련하지 못해 실제 설계가 반영되지 못하고 있다. 또한, 조성하고자 하는 소하천 혹은 실개울 등의 수질보전 및 생태계 보호 등 하천이 본래의 기능을 유지할 수 있도록 생태하천유량을 확보하는 다양한 기술들이 개발되어 있지만, 공사 유형과 주변 환경에 적합한 생태하천유량 확보 방안을 선정할 수 있는 비구조적 대책마련이 부족한 실정이다. 이러한 실정과 문제점을 고려해 볼 때, 조성하고자 하는 도시 내 자연하천 및 인공하천 조성 등 수변환경을 고려한 단지조성에 맞는 생태하천유량 확보 방안 및 평가에 대한 연구가 단계적으로 이루어져야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 생태하천유량 확보와 하천수질 개선이 필요한 특정 지역 또는 다양한 유형의 공사 지구 내 하천이 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 적용 가능한 생태하천유량 확보 방안들과 수리해석 모델인 HEC-RAS(River Analysis System), 생태하천유량 산정 모델인 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation)을 연계한 물리서식처 평가 모듈을 개발하고, 이를 기초로 가중치부여매트릭스 평가(국토해양부, 2006) 기법을 적용한 최적의 생태하천유량 확보 방안과 수질개선 방안을 제시해 줄 수 있는 의사결정지원 시스템을 구축 하고자 한다. 본 연구에서 개발된 최적의 생태하천유량 확보 방안 도출을 위한 의사결정지원 시스템의 활용으로 필요유량은 물론, 기준을 만족하는 수질의 확보가 절실히 요구되는 중 소규모 하천에 실질적으로 적정수질의 생태하천유량을 확보함으로서 하천으로서의 역할을 위한 본 기능의 회복과 동시에 소하천, 도심하천 및 인공하천 등 중 소규모 수계의 수문순환을 정상화하여 하천의 지속 가능한 개발과 관리가 효율적으로 이루어지도록 하는데 이용될 수 있을 것으로 예상되어진다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.535-535
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• 2012

하천 환경의 변화는 자연적으로 일어나기도 하지만, 우리나라 경우 대부분 하천 정비, 골재 채취, 수중보와 하구둑 등 하천시설물의 건설, 그리고 댐 및 교량건설 등 인위적인 요인에 의한 변화가 지배적이다 이렇게 환경이 변화하면 하천의 평형 상태는 파괴되며 하천의 평형 상태를 복원하는 과정에서 하천의 침식 또는 퇴적이 일어나며 이러한 과정의 총체적인 결과로서 하상변동이 일어나게 된다. 하상변동은 단기적인 면에서는 하천에서의 취수, 배수, 주운동 하천관리에 직접적인 영향을 주며, 장기적인 면에서는 하천시설물의 안정, 홍수위 및 지하수위 변화, 홍수터와 같은 하천부지의 변화 등 하천 및 유역 관리에 광범위한 영향을 주고 있다 하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 장기적인 하상변동 효과를 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 관리 면에서 매우 중요하다. 또한 하천 정비사업 등에 의한 영향을 제대로 평가하기 위해서는 비교적 단기간의 홍수 또는 호우 사상에 대한 단기적인 하상변동 효과를 정확하게 예측하는 것은 필수적이다. 외국에서는 하상변동 예측의 필요성을 일찍이 인식하여 다수의 하상변동 예측모형이 개발되어 하천 실무에 사용되고 있으며, 국내에서도 하천 흐름의 등수 역학적 해석을 위해 여러 가지 수치 기법들에 대한 연구가 진행되고 발전되어져 왔다. 현재 국내에서는 측량 자료이용과 모형적용의 용이성을 이유로 1차원 점변 부정류 해석프로그램인 HEC-RAS 모형을 많이 사용하고 있으며 대부분의 하천 정비 기본계획 수립에 있어서도 1차원 해석 모형을 적용하고 있는 실정이다. 국내에 서 수행된 하상변동 예측에 관한 연구들은 대부분 1차원 모형이므로 하천의 사행의 진행이나 유사의 횡방향 분포 등은 고려할 수 없다. 또한 하상변동 계산 시 이동상 부분의 전체가 균일하게 상승 또는 하향하는 것으로 가정하기 때문에 흐름이 급변하는 데 적용하는 것은 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 4대강살리기 사업이 진행중인 낙동강유역 구미보지점을 대상으로 2차원 흐름 및 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을 적용하여 50년, 100년, 200년 빈도별로 모의를 실시, 보설치 전 후의 하상변동을 비교 분석 하였다. 모의 결과 보설치 후의 경우 보 상류단은 전반적으로 퇴적의 양상을 보였으며, 보 하류단의 만곡부의 경우 홍수량이 증가함에 따라 유속 및 소류력이 비슷한 패턴으로 증가하여 침식이 관찰되었다. 특히 보 직하류의 경우 수문을 기준으로 다량의 침식이 있음을 보였으며, 침식이 계속 진행된다면 보유실과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에 침식을 방지 할 수 있는 다양한 장치가 마련되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.75-92
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• 2020

일반적으로 물수지 분석 시 공급에 해당되는 회귀수량의 경우 용수별 회귀율을 일률적으로 정하여 산정하는 방법을 채택하고 있어 정확한 가용유량을 산정하지 못하는 한계를 갖고 있다. 이에 본 연구에서는 회귀수 중 하·폐수에 초점을 두었고 인공신경망 등의 기계학습 모형을 적용하여 하수종말처리장의 방류량 예측 모형을 개발하였다. 시계열 자료예측 시 사용되는 주요 기계학습 모형인 LSTM (Long Short-Term Memory), GRU (Gated Recurrent Units), SVR (Support Vector Regression)모형을 적용하였으며 관측 값과 예측 값을 비교하는 오차지표를 통하여 방류량 예측의 최적의 모형을 선정하였다. 모형 적용 결과, GRU 모형의 평균제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)는 LSTM 모형과 SVR 모형보다 작으며 Nash-Sutcliffe 계수(NSE)는 LSTM 모형과 SVR 모형보다 큰 것을 확인하였고, 이를 근거로 하수종말처리장의 방류량 예측에 최적모형은 GRU 모형이라고 판단하였다. 다만, 극값에서는 예측 값이 과소 및 과대 산정되는 경향을 보여 추후 예측 정확도 향상을 위해서는 극한사상에 대한 추가자료 구축 및 입력 자료의 최소시간단위를 축소하는 것이 필요할 것으로 판단되었다. 또한, 예측하고자 하는 대상지의 용수이용량을 검토하고 계절적 영향을 반영할 수 있는 추가인자를 고려하게 되면 기후변동성에 대비하여 정확한 방류량 예측이 가능하며 예측 결과를 토대로 종합적인 하천수 사용관리 및 물이용 계획 수립을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.104-104
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• 2022

임진강 수계는 북측 지역이 다수를 차지하는 유역 특성으로 예고 없는 상류 급방류, 강우 등으로 인해 댐 운영에 근본적 어려움이 있으며, 이에 따라 홍수조절지 및 댐 하류 계측 가능 지역의 취득 자료를 고려한 하천 수위 변화에 대한 사전 예측을 필요로 하고 있다. 홍수기 하천 도달시간 및 수위예측 기법으로는 물리 기반 및 데이터 기반 모델들이 다양하게 연구되어 왔으며, 일부 연구성과들은 현업에 활용하고 있다. 물리기반 모델은 하천 지형 변화에 대한 자료 취득 및 분석에 많은 시간을 요하는 단점은 있으나, 설명 가능한 모델을 구현할 수 있을 것으로 사료 된다. 반면, 데이터 기반 인공지능 모델은 짧은 시간 및 비용으로 모델을 개발할 수 있으나, 복잡한 알고리즘구현 시 설명이 불가하여 일관성을 의심 받을 수 있다. 본 논문에서는 홍수 도달시간과 하류 수위 상승에 대하여 설명 가능한 인공지능 알고리즘 및 시뮬레이션 프로그램을 개발하고자 하였다. 홍수 도달시간 예측은 기존 조견표 방식에서 고려하지 않았던 홍수파의 영향을 추가 변수화 하고, 데이터의 전후처리를 통하여 도달시간을 예측하였다. 실시간 하류 수위 예측은 댐 방류량, 주변 강우, 조위 등을 고려하여 도달시간 후 수위를 예측할 수 있도록 구현하였으며, 자료 동화 기술을 일부 적용하였다. 미래 방류조건에 대한 시뮬레이션을 위해서는 미래 방류량, 예상 강우 입력 시 하천 지점별 수위 상승을 예측할 수 있도록 알고리즘 및 프로그램을 개발하였다. 이를 구현하기 위하여 다양한 인공지능 알고리즘을 이용한 학습, 유전자 알고리즘을 이용한 가중치 학습 제한 조건내 최적화, 수위파와 조위파의 중첩의 정리 등을 이용하여 예측 정확도 및 신뢰성을 제고 하였다. 인공지능 분석결과의 현업활용성 제고를 위하여 시뮬레이터 프로그램을 개발하여 현업에 적용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1119-1123
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• 2010

유역내의 강우량을 통하여 유역 출구지점에서의 유출량을 예측하고, 그에 따른 대비를 세우는 것은 매우 중요하다. 유역내의 강우량은 유역내의 강우관측소에서 얻어지는 실시간 자료를 통하여 알 수 있지만, 강우 관측소의 강우 자료가 유역 출구지점에서의 유출량이나 하천 흐름의 특성에 어떠한 영향을 주는지는 알 수 없다. 유역 내에서 강우 관측소가 유출량 또는 하천의 흐름에 긍정적인 영향을 줄 수도 있지만, 부정적인 요소가 될 수도 있기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 유역 내 강우 관측소가 출구지점 유출량과 흐름특성에 어떠한 영향을 미치는지 판단하고 최적의 강우 관측소 조합을 찾아 내 하천 흐름의 특성과 유출량을 예측하였다. 본 연구에서는 갑천 유역 내의 6개 강우관측소와 유역 출구지점의 유출량과 하천 흐름에 영향을 줄 것이라고 판단되는 유역 주변의 강우 관측소 7개, 총 13개의 강우 관측소를 선정하였다. 13개의 강우 관측소에서 12, 11개씩 선택하여 총 90개의 부분집합을 구성하고, 유전자 알고리즘을 통하여 실제 유출량에 가장 비슷한 결과를 보이는 강우 관측소 조합을 찾아내고자 하였다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.337-340
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• 2004

강변여과 취수방법을 이용한 광역상수도 시설이 고려되었던 경북 고령군 다산면 지역에 대해 하천수위 및 강우량 변화에 대한 하천유입수 비율 변화를 계산하였다. 1년을 주기로 변화하는 하천수위 및 강우량에 대해 동적순환 초기조건(dynamic cyclic initial conditions)을 고려하여, 10년간을 모사하여 마지막 1년에 대한 지하수위 및 하천유입수 비율변화를 살펴보았다. 하천수 유입비율은 함양 인자인 강우량에도 민감한 반응을 보이며, 또한 경계조건이되는 하천수위 변동에도 크게 변화한다. 그러나, 함양이 증가하면 취수정으로의 지하수 유입비율이 커지나 이와함께 하천수위도 증가하므로 이는 곧 하천유입수 비율의 증가를 유도하는 상반된 결과를 가져온다. 강우량이 많은 경우 일정한 지연시간 이후 하천수위가 최대가 되며, 이로 인한 하천유입수 비율이 수일사이에 크게는 30% 이상의 변화를 보인다. 강변여과 취수지역에서 최적의 수질 및 수량 운영을 위해 실제 강우량과 하천수위변화를 이용한 유입수비율변화 예측이 바람직하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.291-291
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• 2011

우리나라는 기상학적 지리학적 영향으로 여름철에 강우가 집중하여 내리며 최근에는 짧은 시간에 많은 양의 강우가 내리는 집중호우의 발생빈도가 증가하고 있다. 이러한 집중호우는 하천의 수위를 증가시켜 하천범람 및 제방붕괴의 위험을 가져와 많은 재산과 인명피해를 가져올 수 있다. 하천 수위의 예측은 기존에 물리적, 개념적 모형을 통해 강우-유출을 해석하는 과정에서 주로 다루어 졌다. 그러나 자연현상인 강우와 유출관계를 규명하는 과정은 지역의 다양한 특성, 강우의 시 공간적 분포 등 복잡하고 다양한 인자를 고려해야 한다는 문제와 부딪쳐 많은 어려움을 겪어왔다. 따라서 본 연구에서는 복잡한 비선형 과정들의 모형화가 가능한 인공 신경망 모형을 이용하여 수위예측 모형을 구성하고 100mm이상의 강우가 연속해서 내린 호우사상을 훈련시켜 집중호우 발생시 수위예측에 활용하고자 하였다. 이를 위해 구성된 인공신경망 모형을 금강유역 보청천에 적용한 결과 중소하천유역인 보청천 유역의 홍수위 예측에 적용이 가능함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.365-365
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• 2020

최근 기후변화로 인한 강우, 온도, 유량과 같은 수문학적 요소의 불확실성 증가와 더불어 산업화, 도시화로 인한 물 수요가 커짐에 따라 물부족 발생 위험이 증가하고 있다. 이에 따라, 안정적인 물 공급을 위한 하천유량과 취수량의 균형을 목적으로 하는 취수량의 예측 및 모의에 대한 중요성이 강조되고 있다. 본 연구에서는 과거 하천 취수량 자료로부터 미래 취수량을 예측하기 위해 딥러링 기법 중 하나인 순환신경망(LSTM) 모형과 시계열분해법을 결합하여 취수량 예측 모형을 개발하였다. 시계열분해법을 통해 자료의 경향성과 계절적 변동성 등 다양한 스케일의 시계열을 분해하여 전처리를 수행하였으며 불확실성을 의미하는 잔차(residual)에 LSTM을 적용하여 예측하였다. 결과적으로 LSTM 취수량 예측 모형은 높은 정확도를 보였으며, 월단위 전망 시 관측값에 대하여 신뢰성이 있는 결과를 나타내었다. 본 연구에서 개발한 모형에 따른 결과는 수자원 관리를 위해 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.382-382
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• 2019

홍수시 홍수관리체계는 기상청 등 관련기관으로부터 수위, 강우 등 수문자료를 취득하고, 저수지의 실시간 저수지 수위자료와 강우예측정보를 이용하여 홍수 유입량 및 방류량을 계산하고 홍수 단계별로 홍수분석을 실시한 후 조기에 상황을 전파하고 선제적으로 대응할 수 있는 운영체계가 필요하다. 본 연구에서는 기상청 레이다 및 위성자료 기반의 실시간 강우예측 자료를 적용한 저수지 홍수예측 및 하류부 침수 안전성 분석에 활용하기 위한 저수지 홍수분석 모듈을 개발하였다. 홍수량 산정은 Clark 방법과 NRCS 단위도법을 적용하고, 하류하천 수리해석을 위해 미환경청의 SWMM EXTRAN 블록을 수리해석 모형을 적용하였다. 홍수 실시간분석은 기상청 발표 예측 강우량을 이용하여 유역의 유출량을 분석하고 저수지 유입량을 산정할 수 있도록 하였으며, 이때 유입량에 의하여 저수지 홍수관리 수위를 상회하게 되면 여수토를 통하여 하류 하천으로 방류하도록 설계하였다. 방류된 홍수량은 하천을 따라 홍수추적을 수행하고 하천의 주요 지점에서 하천기본계획에서 수립된 홍수위의 상회 여부를 판단하여 관리자가 침수여부를 판단할 수 있도록 모듈을 개발하였다. 개발모듈의 검증을 위해 ${{\bigcirc}{\bigcirc}}$용수구역에 적용하여 백곡지구 농업용저수지 둑 높이기사업 기본계획(2011)에서 산정한 가능최대강수량에 대한 6시간, 12시간, 18시간, 24시간 홍수량을 HEC-HMS, HEC-1 모형으로 산정한 결과 비교하였다. 본 모듈은 농촌지역 홍수관리체계를 구축하는데 활용될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2016

대하천에서의 하도정비 및 보 신설 후 다양한 하천환경변화가 예상됨에 따라 각종 변화에 의해 발생할 수 있는 현상들을 예측하고 환경변화에 의한 재난을 예방하기 위한 대책수립이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 하천에서의 하상변동은 경우에 따라 홍수위 상승, 저수 기능 감퇴, 용수와 취수 방해, 유사에 의한 오염원 확산 등의 문제를 발생시킬 수 있다. 기후변화에 따른 강우패턴의 변화로 하천 내 수리적 요소가 변화되고 그로인해 발생하는 하상 변동의 예측이 필요하다. 만일 유역의 특성이 유지된다면 하천의 동적평형상태인 정비 이전의 하천으로 돌아가려고 할 것이다. 하천이 준설로 넓어지고 깊어진 상태로 이전의 동적인 평형상태로 돌아가려고 하도가 좁아지고 얕아질 것이다. 그러나 기후변화로 인해 유역에서의 유량 및 유사량이 달라질 것으로 예상된다. 하지만 하상변동모델과 기후변화를 연계하여 하도의 변화를 비교 분석한 연구는 매우 드물다. 본 연구에서는 기후변화에 의한 유량의 변화에 따른 시나리오를 구성하고 장기간, 장구간에 걸친 하상변동 양상을 예측하였다. 준2차원 수치모형인 GSTARS를 이용하여 낙동강 상류에서 상주보 구간 사이의 기후변화 영향을 분석하고자 장기 기후시나리오를 구성하고 유사량 공식과 수류 튜브 개수에 따른 각각의 시나리오별 하상변동 양상을 예측하고 최심하상고, 횡방향에 따른 모의결과를 분석하였다.